DE1601201B2 - Wärmetauscher mit einer Überdrucksicherheitseinrichtung am Wärmetauschermantel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einer Überdrucksicherheitseinrichtung am Wärmetauschermantel, mit axial im zylindrischen Mantelraum verlaufenden Rohren und quer zu den Rohren in abwechselnder Reihenfolge angeordneten kreisförmigen und kreisringförmigen Schikanen.

Nach einer bekannten Bauart werden Wärmetauscher für Hochdruckgas gegen Überdruck infolge eines Rohrbruches und anschließender Überschreitung des Kühlwasserbetriebsdruckes dadurch gesichert, daß an etwa der höchsten Stelle des die offenen Kühlwasser-Teildruckräume umschließenden Stahlmantels eine Überdrucksicherung in Form eines feder- oder gewichtsbelasteten Überdruckventils oder in Form einer zwischen zwei Flanschringe eingespannten Brechplatte bzw. Berstscheibe in Abhängigkeit von der Druckhöhe des Kühlwassers einerseits und möglichst in der Nähe der möglichen Bruchstellen andererseits vorgesehen ist. Da hierbei die Kühlwassermenge im gesamten System der einzelnen offenen Kühlwasser-Teildruckräume als Flüssigkeitskolben wirkt, der den sich plötzlich einstellenden Überdruck auch auf alle Teile der an den Wärmetauscher anschließbaren Rohrleitungen, Pumpen usw. überträgt, sind bei dieser Konstruktion unmittelbar an oder in die Kühlwasserein- und Kühlwasseraustrittsstutzen des Stahlmantels Rückschlagventile, z.B. in Form von Kugelrückschlagventilen, eingebaut, die bei Überschreiten des Kühlwasserbetriebsdruckes infolge eines Rohrbruches od. dgl. die Fortpflanzung der Druckwelle auf die anschließenden wasserführenden Teile und somit den Druckanstieg in den Anschlußleitungen von vornherein verhindern. Dadurch bleibt die Gefahrenzone als Folge eines Rohrbruches im wesentlichen auf den Wärmetauschermantel und die innerhalb dieses Mantels quer zur Längsrichtung der Hochdruckrohre eingebauten Schikanen beschränkt und damit auch der durch den Rohrbruch sich einstellende Druckanstieg auf der Wasserseite.

Diese Sicherungsmaßnahme gegen Überdruck in Wärmetauschern für Hochdruckgas weist zunächst den großen Nachteil auf, daß der im Falle eines Rohrbruches hervorgerufene Druckanstieg im Wasser stets zu einer Überbeanspruchung der kreisringförmigen und der kreisscheibenförmigen Schikanen führt, so daß diese Einbauten quer zur Län»srichtuna; der Hochdruckrohre einer erhöhten Bruchgefahr unterliegen. Hinzu kommt aber, daß auch auf Grund einer wirtschaftlichen Bemessung die Zerstörung derartiger Schikanen bei einem sich plötzlich ergebenden Druckanstieg nicht immer vermieden werden kann. Ein weiterer Nachteil dieser Sicherungsmaßnahme gegen Überdruck besteht darin, daß neben der Bruchgefahr für die Schikanen mit erhöhten Sicherheitszuschlägen für die Dimensionierung des Wärmetauschermantels gerechnet werden muß und dies insbesondere in den Fällen, bei denen beispielsweise beträchtliche Druckgasmengen zu kühlen sind, was stets mit erheblich ins Gewicht fallendem Arbeits-Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist. Im Zusammenhang damit erweist es sich schließlich als besonders nachteilig, daß sich der unerwartet auftretende Überdruck infolge eines Rohrbruches od. dgl. wegen der bisher üblichen Ausbildung der zur Umlenkung des Kühlwassers vorgesehenen Einbauten weder schnell und gleichmäßig genug noch auf kürzestem Weg über die Überdrucksicherung entspannen kann, so daß die Betriebssicherheit derartiger Wärmetauscher wesentlich beeinträchtigt wird.

Bei einem Ölkühler für Verbrennungskraftmaschinen ist es bekannt, eine Sicherheitsvorrichtung vorzusehen, die ein elastisches Glied aufweist. Bei diesem Bekannten Ölkühler liegen der Ölzulauf und der Ölablauf unmittelbar am Kühlermantel nebeneinander, wobei der Kühler entlang seiner Längsachse durch ein Längsblech unterteilt ist, dessen Außenkanten aufgebogen am Kühlermantel anliegen. Bei starkem Ansteigen des Öldruckes am Eintritt werden die umgebogenen Ränder des Leitbleches nach innen gedrückt und damit der Ölkreislauf kurzgeschlossen. Die bei dem bekannten Ölkühler angewendeten Maßnahmen dienen der Aufrechterhaltung der Ölzufuhr, wobei eine Überdrucksicherheitseinrichtung für das zu kühlende Medium geschaffen werden soll, das in den Raum strömt, der zwischen dem Behälter und den quer durchlaufenden Rohren gebildet wird. Demgegenüber strebt die Erfindung eine Überdrucksicherheitseinrichtung an, bei der der Wärmetauscher gegen Überdrücke gesichert ist, wenn bei unerwartet auftretenden Überdrücken des Kühlmediums dieses Kühlmedium in den Mantelraum austritt.

Es ist noch eine Sicherheitsvorrichtung bei einem Wärmetauscher mit Schikanen bekannt, bei dem zum Kurzschließen des Raumes um die Rohre ein federbelastetes Sicherheitsventil vorgesehen ist.

Ferner ist ein Wärmetauscher mit den eingangs aufgeführten Merkmalen bekannt, bei dem die Schikanen aus einem elastischen Kunststoff bestehen, ansonsten aber im Bezug auf den Mantel und das Rohrbündel fest sitzend angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei unerwartet auftretenden Überdrükken des Kühlmediums die Überdrucksicherheitseinrichtung ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit des Wärmetauschers, insbesondere ohne Beschädigung des Behältermantels und der Schikanen, wirksam wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens einige der kreisförmigen Schikanen einen segmentförmigen Abschnitt aufweisen, der aus elastischem, nichtmetallischem Werkstoff besteht und der so ausgebildet und bemessen ist, daß er sich beim Überschreiten eines vorgegebenen Höchst-

druckes verbiegt und einen Durchflußquerschnitt freigibt.

Bei dieser Ausbildung der kreisringförmigen Schikanen sorgt der auf die elastischen Abschnitte bzw. kreisringförmigen Schikanen lastende Kühlmitteldruck des die Hochdruckrohre umströmenden Mediums während des Normalbetriebes von sich aus für eine genügend dichte Anlage der flexiblen Abschnitte der kreisringförmigen Schikanen an der Innenwand des Stahlmantels. Steigt jedoch der Druck bereits in einem der beispielsweise von zwei kreisringförmigen Umlenkblechen und den entsprechenden Mantelabschnitten begrenzten Teildruckräume über die höchstzulässige Grenze an, so werden die flexiblen Abschnitte je nach Druckrichtung aus ihrer abdichtenden Lage gedrückt und umgebogen, wobei sie einen genügend großen Querschnitt freigeben. Die Erhöhung des Überdruckes bringt folglich auch eine Zunahme der Verbiegung der flexiblen kreisringformigen Abschnitte mit sich, so daß sich der Überdruck über die Sicherheitsorgane in jedem Fall rasch, gleichmäßig und auf kürzestem Weg abbauen kann mit dem überraschenden Ergebnis, daß alle kreisring- und kreisscheibenförmigen Schikanen und darüber hinaus der Stahlmantel vor dem Zerbersten gesichert sind.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt '

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen liegenden Hochdruck-Wärmetauscher nach dem Rohrbündelsystem mit Sicherheitseinrichtung und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A in F i g. 1 in vergrößertem Maßstab.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist der hochdruck-Wärmetauscher in liegender Bauart mit den Füßen 1 und 2 ein Rohrbündel 3 aus Hochdruckrohren 4 auf, die in einem festen Rohrboden 5 und in einem beweglichen Rohrboden 6 eingewalzt bzw. eingeschweißt sind. Das zu kühlende Gas strömt am Stutzen 7 (vgl. Pfeil GE) über die Stutzenkammer 8, welche mit Entleerungs- und Entlüftungsnocken 9 und 10 versehen ist in das Rohrbündel 3 ein und verläßt dieses durch die Stutzenkammer 11 und den Stutzen 12 (vgl. Pfeil GA). Das Rohrbündel 3 ist in einem Mantel 13 eingebaut, in dem durch den Stutzen 14 Wasser oder ein gasförmiges Kühlmittel einströmt (vgl. Pfeil WE, GE) und durch den Stutzen 15 (vgl. Pfeil WA, GA) abströmt.

Auf dem Mantel 13 mit Entlüftungs- und Entleerungsnocken 16 ist eine Überdrucksicherung, z. B. in Form einer zwischen zwei Flansche 17 und 18 eingespannten Berstscheibe 19 eingebaut.

In dem Niederdruckraum 20 zwischen den Stutzen 14 und 15 sind quer zur Längsrichtung der Hochdruckrohre 4 in sich abwechselnder Folge Schikanen in Form von Kreisringen 21 und Kreisscheiben 22 vorgesehen, die durch Distanzrohre 23 in einem eindeutig definierten Abstand zueinander gehalten werden, wobei je nach Anzahl derartiger Schikanen mehrere offene Teildruckräume 24, 24', 24" usw. entstehen. Die kreisringförmigen Schikanen 21, 21', 21" usw. werden als Sicherheitseinrichtung gegen plötzlich auftretenden Überdruck infolge eines Rohrbruches o. dgl. in der Weise herangezogen, daß jede einzelne Schikane 21, 21', 21" usw. einen segmentartigen Abschnitt 25, 25', 25' usw. aus einem flexiblen Werkstoff, wie Kunststoff, Gummi od. dgl. aufweist, wobei man diese flexiblen lappenförmigen Abschnitte mit den kreisförmigen Schikanen verklebt, verschraubt oder vernietet. Die oberen, flexiblen kreisförmigen Abschnitte sind so dimensioniert, daß sie nur auf einen unerwartet sich einstellenden Überdruck ansprechen und andererseits einen optimalen Querschnitt freigeben, damit sich der Druck auf kürzestem Weg über die Berstscheibe 19 abbauen kann. Von wesentlicher Bedeutung ist schließlich noch die Tatsache, daß der während des Normalbetriebes auf die flexiblen Abschnitte bzw. kreisringförmigen Schikanen lastende Kühlmitteldruck bereits von sich aus für eine genügend dichte Anlage der flexiblen Abschnitte bzw. Schikanen an der Innenwand des Wärmetauschermantels 13 sorgt, wohingegen diese bei Ansteigen des Betriebsdruckes infolge eines Rohrbruches über eine höchstzulässige Grenze je nach Druckrichtung aus ihrer abdichtenden Lage gedruckt und umgebogen werden, wobei sie einen genügend großen Querschnitt freigeben, so daß über die Berstscheibe 19 auf kürzestem Weg ein schneller und gleichmäßiger Druckabbau herbeigeführt wird mit dem überraschenden Ergebnis, daß alle kreisring- und kreisscheibenförmigen Schikanen und der Wärmetauschermantel vor dem Zerbersten gesichert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wärmetauscher mit einer Überdrucksicherheitseinrichtung am Wärmetauschermantel, mit axial im zylindrischen Mantelraum verlaufenden Rohren und quer zu den Rohren in abwechselnder Reihenfolge angeordneten kreisförmigen und kreisringförmigen Schikanen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der kreisringförmigen Schikanen (21, 21', 21") einen segmentförmigen Abschnitt (25, 25', 25") aufweisen, der aus elastischem, nichtmetallischem Werkstoff besteht und der so ausgebildet und bemessen ist, daß er sich beim Überschreiten eines vorgegebenen Höchstdruckes verbiegt und einen Durchflußquerschnitt freigibt.